“水だけ特別ルール” の秘密を1分で解説
ざっくり３行まとめ
- ❄️ 水は 0 ℃前後で分子が手をつなぎ“六角形のスキマ” を作る。
- 🧊 スキマがある氷は、同じ体積の水より 約9％ 軽い → 浮く！
- 🌍 この性質が湖の魚を守り、地球の生命を支えている。
1. 「水だけ逆転」の密度グラフ
| 温度 | 密度 (g/cm³) |
|---|---|
| 4 ℃ | 1.000 ←水の最重点 |
| 0 ℃（液体） | 0.9998 |
| 0 ℃（氷） | 0.917 |
他の液体は冷えるほど密度↑。水だけ 0 ℃で ガクッと軽く （0℃ → 4℃で最大密度と）なる！
2. 分子レベルで見る「六角形の隙間」
- 水分子（H₂O）はV字型＋弱い水素結合。
- 0 ℃ 付近で 六角形ネットワーク を組み、分子の間隔が広がる。
- ＝同じ重さでも体積が膨らみ 比重 < 1 ➡ 浮力勝ち！
3. もし氷が沈んだら…？
- 湖や海は底から凍る → 冬ごとに“死のフタ”
- 地球史で海洋生物絶滅 → 陸も巻き添え
- 「氷が浮く」は生命維持バグ とも言える超ラッキー仕様。
4. 身近な実験
- コーラに 氷 → 浮く
- 同じコップで 金属球 → 沈む
- 体積×密度＝質量を比べると一目瞭然！
まとめ
- 氷が浮くのは 水素結合が作るスキマ構造 が原因。
- そのおかげで湖は底まで凍らず、魚も人も生きていられる。
- コップの氷を見るたびに、地球の“奇跡ルール” を思い出そう🌍✨
参考リンク
- Petrenko, V. & Whitworth, R. Physics of Ice. Oxford University Press (1999) — Chapter 2 “Hexagonal ice structure”.
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jz401380p
Density and Phonon-Stiffness Anomalies of Water and Ice – J. Phys. Chem. Lett. 4, 3238-3244 (2013) - https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/water-density
Water Density – USGS Water Science School (2018)
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